(57)【要約】本発明の波力発電装置は、海水面に浮遊する浮遊体；電気エネルギー又は油圧エネルギーを生成する発電部；前記浮遊体と前記発電部を連結する動力伝達部；前記浮遊体又は前記動力伝達部に一端及び他端が連結され、前記浮遊体の運動によって張力が変化するワイヤ；を含む。【選択図】図１
2019502057.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
海水面に浮遊する浮遊体；
電気エネルギー又は油圧エネルギーを生成する発電部；
前記浮遊体と前記発電部を連結する動力伝達部；及び
前記浮遊体又は前記動力伝達部に連結され、前記浮遊体の運動によって張力が変化するワイヤ；を含み、
前記ワイヤの張力が前記動力伝達部を介して前記発電部に入力され、
前記一つの浮遊体ごとに前記ワイヤは互いに異なる方向に複数連結される、波力発電装置。
【請求項２】
前記ワイヤは非金属素材からなる、請求項１に記載の波力発電装置。
【請求項３】
前記ワイヤは数本のストランドが撚り合わせられた形態であり、
分子量２万以上の高分子フィラメントが集まって前記それぞれのストランドが形成される、請求項１に記載の波力発電装置。
【請求項４】
前記ワイヤは、ポリエステル纎維、ポリエチレン纎維、ポリプロピレン纎維及びナイロン纎維の少なくとも１種の素材からなる、請求項１に記載の波力発電装置。
【請求項５】
前記浮遊体から前記動力伝達部を介して前記発電部に伝達されるエネルギーの損失を最小化するために、前記ワイヤは伸び率制限値以下の低い伸び率を有する、請求項１に記載の波力発電装置。
【請求項６】
張力増加によって前記ワイヤが破断するときの破断伸び率は１５％以下である、請求項１に記載の波力発電装置。
【請求項７】
前記ワイヤの引張強度は１００ＭＰａ以上である、請求項１に記載の波力発電装置。
【請求項８】
前記移動するワイヤの慣性抵抗が減少するように、前記ワイヤの比重は０．５より大きくて２より小さい、請求項１に記載の波力発電装置。
【請求項９】
前記ワイヤの一端及び他端間の中間部を移動可能に支持する方向転換部の直径は、前記ワイヤの直径の１０倍以上、あるいは前記ワイヤの最大厚さの１０倍以上である、請求項１に記載の波力発電装置。
【請求項１０】
前記ワイヤの一端及び他端間の中間部を支持する方向転換部を備え、
前記方向転換部の外周には前記ワイヤが巻かれるグルーブが形成され、
前記グルーブの幅は前記ワイヤの直径の１．１倍以上、あるいは前記ワイヤの最大厚さの１．１倍以上である、請求項１に記載の波力発電装置。
【請求項１１】
前記ワイヤは浮遊体ワイヤ及びイコライザーワイヤを含み、
前記浮遊体ワイヤの一端は前記浮遊体に連結され、前記浮遊体ワイヤの他端は前記動力伝達部に巻かれ、前記浮遊体ワイヤの中間部分は方向転換部に移動可能に支持され、
前記イコライザーワイヤの一端は前記イコライザーに連結され、前記イコライザーワイヤの他端は前記動力伝達部に巻かれ、
前記浮遊体ワイヤ及び前記イコライザーワイヤは互いに分離された別個のワイヤであり、非金属素材からなることを特徴とする、請求項１に記載の波力発電装置。
【請求項１２】
前記ワイヤは合成樹脂素材からなり、浮遊体ワイヤ及びイコライザーワイヤを含み、
前記浮遊体ワイヤは前記浮遊体及び前記動力伝達部を連結し、
前記イコライザーワイヤはイコライザー及び前記動力伝達部を連結し、
前記浮遊体に波力が作用して前記浮遊体ワイヤの張力が増加すれば、前記波力の一部は前記浮遊体ワイヤを介して前記発電部で伝達され、前記波力の残部は前記イコライザーワイヤを介して前記イコライザーの位置エネルギー又は弾性エネルギーとして保存され、
前記浮遊体に作用する波力が解除されると、前記イコライザーに保存された前記位置エネルギー又は前記弾性エネルギーの一部は前記イコライザーワイヤを介して前記発電部に伝達され、前記位置エネルギー又は前記弾性エネルギーの残部は前記浮遊体ワイヤを巻き返すのに使われる、請求項１に記載の波力発電装置。
【請求項１３】
前記ワイヤは前記それぞれの浮遊体ごとに複数で連結された第１ワイヤ、第２ワイヤ及び第３ワイヤを含み、
互いに直交する仮想の直交座標軸で第１軸、第２軸及び第３軸を定義するとき、
前記第１軸に対する前記浮遊体の並進運動エネルギーと、
前記第２軸に対する前記浮遊体の並進運動エネルギーと、
前記第３軸に対する前記浮遊体の並進運動エネルギーと、
前記第１軸を回転中心とする前記浮遊体の回転運動エネルギーと、
前記第２軸を回転中心とする前記浮遊体の回転運動エネルギーと、
前記第３軸を回転中心とする前記浮遊体の回転運動エネルギーは、
前記第１ワイヤ、第２ワイヤ及び第３ワイヤの少なくとも１本のワイヤを介して前記動力伝達部に伝達される、請求項１に記載の波力発電装置。
【請求項１４】
前記それぞれの浮遊体に連結される前記ワイヤは少なくとも３本備えられ、
前記３本のワイヤが前記浮遊体に連結される３個の固定点は仮想の三角形の頂点に位置する、請求項１に記載の波力発電装置。
【請求項１５】
前記ワイヤは前記それぞれの浮遊体ごとに複数で連結された第１ワイヤ、第２ワイヤ及び第３ワイヤを含み、
前記第１ワイヤが前記浮遊体に固定された地点は第１固定点、前記第２ワイヤが前記浮遊体に固定された地点は第２固定点、前記第３ワイヤが前記浮遊体に固定された地点は第３固定点と定義され、
前記第１固定点から第１方向転換部に向かう第１延長ベクトル、前記第２固定点から第２方向転換部に向かう第２延長ベクトル及び前記第３固定点から第３方向転換部に向かう第３延長ベクトルは前記浮遊体から前記浮遊体の外側に向かうラジアル（ｒａｄｉａｌ）方向に位置する、請求項１に記載の波力発電装置。
【請求項１６】
前記ワイヤは浮遊体ワイヤ及びイコライザーワイヤを含み、
前記浮遊体ワイヤの一端は前記浮遊体に連結され、前記浮遊体ワイヤの他端は前記動力伝達部の入力軸の第１動力伝達部材に連結され、
前記イコライザーワイヤの一端は前記イコライザーに連結され、前記イコライザーワイヤの他端は前記動力伝達部のエネルギー伝達軸の第２動力伝達部材に連結され、
前記入力軸及び前記エネルギー伝達軸は第１入力部材又は第２入力部材によって前記発電機に連結され、
前記入力軸に前記第１入力部材及び前記第１動力伝達部材がＮ個取り付けられる場合、一方向回転部材は前記入力軸に少なくともＮ−１個取り付けられるとか、
前記エネルギー伝達軸に前記第２入力部材及び前記第２動力伝達部材がＭ個取り付けられる場合、一方向回転部材が前記エネルギー伝達軸に少なくともＭ−１個取り付けられる、請求項１に記載の波力発電装置。
【請求項１７】
前記ワイヤは合成樹脂素材からなり、
水に浸した後２４時間経過時の前記ワイヤの重量増加量は前記ワイヤを水に浸す前の重量の１５％未満である、請求項１に記載の波力発電装置。
【請求項１８】
前記ワイヤの断面は巻線される面に垂直な方向の厚さがもっと薄い長方形である、請求項１に記載の波力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤを介して多自由度で波力を入力される波力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
波は新材生エネルギー源の中でも高密度エネルギー源であり、一日２４時間を通して発電可能であることから注目されるエネルギー源であるが、研究開発は１９４０年に開始されている。波力発電は他の新材生エネルギーに比べて市場の形成が非常に遅い方である。最近（２００８年）になって初めて商用化したシステムが登場するほどである。
【０００３】
特許分析、論文分析、市場分析を遂行した結果、全世界的に研究される波力発電装置は次の表の通りである。
【０００４】
【表１】
2019502057.tif 000003
【０００５】
しかし、既存の波力発電装置は波の高さが変化することによる水面上の浮遊する浮遊体の垂直高低差のみを１自由度で受けて発電するか、波の高さ変化による圧力差のみを１自由度で受けて発電するだけである。
【０００６】
波の高さ変化に相応する１自由度運動に加え、海岸に向かって進行する進行波を用いるか或いは波の左右方向傾斜を用いて発電する多自由度波力発電装置は、全世界的にその例を見ることができない。波力発電装置のうちでも、ワイヤを用いる機械式動力伝達方式は研究開発実績がほとんどない。
【０００７】
既存の波力発電装置として、波力を空気圧力に変換する振動水柱型、波力を流体の位置エネルギーに変換する越波型、フレキシブルホースを用いて波力を圧力エネルギーに変換するアナコンダ方式などが存在するが、これらは本発明のワイヤを用いた機械式発電装置とは全く違う。
【０００８】
一方、機械式発電装置と言っても、波力を受けるとき、発電装置が壮大であって質量慣性モーメントが大きくなれば、質量慣性モーメントを克服するのに波力が消耗されるので、発電効率が落ちる問題を克服しなければならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、波の運動エネルギー又は位置エネルギーを電気又は油圧エネルギーに変換する波力発電装置である、高効率及び低コストの浮遊式波力発電装置を提供することにある。
【００１０】
また、本発明の他の目的は、波の高さ変化だけでなく、風の方向に平行に進行する波の進行波又は風の方向の側面で発生する波の左右方向傾斜差のような波力の多自由度成分を吸収する波力発電装置を提供することにある。
【００１１】
また、本発明のさらに他の目的は、ワイヤの摩擦力、慣性抵抗、質量慣性モーメントを最小化し、消耗力なしに動力伝達効率を極大化することができる波力発電装置を提供することにある。
【００１２】
本発明の達成しようとする技術的課題は以上で言及した技術的課題に制限されず、言及しなかった他の技術的課題は下記の記載から本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に明らかに理解可能であろう。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の波力発電装置は、海水面に浮遊する浮遊体；電気エネルギー又は油圧エネルギーを生成する発電部；前記浮遊体と前記発電部を連結する動力伝達部；前記浮遊体又は前記動力伝達部に一端及び他端が連結され、前記浮遊体の運動によって張力が変化するワイヤ；を含む。
【００１４】
一実施例として、前記ワイヤの張力が前記動力伝達部を介して前記発電部に入力され、前記一つの浮遊体ごとに前記ワイヤは互いに異なる方向に複数連結される。
【００１５】
一実施例として、前記ワイヤは非金属素材からなる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の波力発電装置は、浮遊体をワイヤで係留させることにより、パイル式、自重式、ジャケット式の海洋設備に比べて初期設備及び施工コストを減少させることができる。
【００１７】
本発明の波力発電装置は、ワイヤを用いる機械式エネルギー伝達によって発電するから、多様な方向の運動を効率的に吸収することができる。
【００１８】
本発明は、浮遊体の３軸方向並進運動及び３軸中心の回転運動を含む６軸自由度の力又はモーメントをワイヤ張力として伝達される。したがって、ワイヤの張力変化を全てエネルギーに変換することができ、高効率のエネルギーハーベスティング装置を具現することができる。多自由度運動を行う浮遊体の全てのエネルギーを損失なしに吸収することができる。
【００１９】
波力変化によってワイヤの張力も変化し、ワイヤの張力変化によって方向転換部を基準点としてワイヤが移動する。したがって、エネルギーソースである波力は、移動するワイヤの慣性力として消耗されるか、或いは曲がるワイヤの弾性力として消耗されるので、発電装置に伝達されずに中間に捨てられる波力が発生するほど効率が落ちる。本発明は、ワイヤの弾性抵抗又は慣性抵抗を減らして波力の伝達効率を増大させ、発電効率も増大させることができる。
【００２０】
本発明の非金属ワイヤは耐食性、耐久性、長期間使用性に優れるので、設置だけでなく維持補修にかかる時間及びコストを減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の波力発電装置を概念的に示す斜視図である。
【図２】本発明の方向転換部及び浮遊体ワイヤの断面図である。
【図３】本発明の浮遊体ワイヤの張力によってエネルギーが発生するときの動力伝達部を示す斜視図である。
【図４】本発明のイコライザーワイヤの張力によってエネルギーが発生するときの動力伝達部を示す斜視図である。
【図５】本発明のワイヤのサンプル写真及び拡大図である。
【図６】本発明のワイヤの断面形状が円形である場合の方向転換部の断面図である。
【図７】本発明のワイヤが平たい場合の方向転換部の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、添付図面に基づいて本発明の実施例を詳細に説明する。この過程で、図面に示した構成要素の大きさ、形状などは説明の明瞭性及び便宜性のために誇張して示されることがある。また、本発明の構成及び作用を考慮して特別に定義された用語は使用者、運用者の意図又は慣例によって変わることができる。このような用語に対する定義は本明細書全般にわたる内容に基づいて下さなければならない。
【００２３】
図１〜図５を同時に参照すると、本発明の波力発電装置は、浮遊体１００、発電部１３０、動力伝達部１２０及びワイヤを含むことができる。
【００２４】
発電部１３０はワイヤ又はイコライザー１５０から動力を受けて電気エネルギー又は油圧エネルギーを生成する。発電部１３０及び動力伝達部１２０は発電ユニット１４０を構成する。
【００２５】
浮遊体１００は海水面に浮遊し、波力を入力される手段である。
【００２６】
互いに直交する仮想の直交座標軸として第１軸、第２軸及び第３軸を定義する。例えば、第１軸はｘ軸、第２軸はｙ軸、第３軸はｚ軸と見なすことができる。
【００２７】
波が打つとき、浮遊体１００は、第１軸に対する並進運動（Ｆｘ）、第２軸に対する並進運動（Ｆｙ）、第３軸に対する並進運動（Ｆｚ）、第１軸を回転中心とする回転運動（Ｍｘ）、第２軸を回転中心とする回転運動（Ｍｙ）、第３軸を回転中心とする回転運動（Ｍｚ）を行うことができる。したがって、浮遊体１００は６自由度の運動成分（Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚ）が重畳した並進運動又は回転運動を行い、６自由度の運動成分が重畳（ｓｕｐｅｒｐｏｓｉｔｉｏｎ）した運動エネルギーを発生する。
【００２８】
前記運動エネルギーの６自由度運動成分を全て入力されるために、それぞれの浮遊体１００ごとに複数のフレキシブルなワイヤが連結されることができる。ワイヤはロープ、合成纎維からなったワイヤ、チェーンなどであってもよい。
【００２９】
浮遊体１００に連結される浮遊体ワイヤＷＢ１、ＷＢ２、ＷＢ３は、第１ワイヤＷＢ１、第２ワイヤＷＢ２及び第３ワイヤＷＢ３を含むことができる。６自由度の運動成分（Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚ）は第１ワイヤＷＢ１、第２ワイヤＷＢ２及び第３ワイヤＷＢ３の１本のワイヤ又は数本のワイヤを介して動力伝達部１２０に伝達されることができる。
【００３０】
６自由度の運動成分を全て入力されるために、それぞれの浮遊体１００に連結されるワイヤは少なくとも３本が備えられ、３本のワイヤが浮遊体１００に連結される３個の固定点は仮想の三角形の頂点に位置することができる。
【００３１】
第１ワイヤＷＢ１が浮遊体１００に固定された地点は第１固定点１０１、第２ワイヤＷＢ２が浮遊体１００に固定された地点は第２固定点１０２、第３ワイヤＷＢ３が浮遊体１００に固定された地点は第３固定点１０３と定義することができる。多自由度エネルギーの吸収のために、ワイヤは離隔して設置されることができる。
【００３２】
フレキシブルなワイヤは引張力のみを入力されることができるだけ、圧縮力又は回転モーメント力は入力されることができない。しかし、ワイヤ間の離隔距離は圧縮力又は回転モーメント力を入力されることができる要因となる。
【００３３】
仮に、浮遊体１００に単一ワイヤのみが連結される、あるいは複数のワイヤが共通の固定点に連結されるとすると、浮遊体１００が自由に方向転換する。よって、６自由度運動を入力されることができる拘束的構造となることができない。このとき、複数本のワイヤを設置すると言っても、多自由度の運動エネルギーを吸収しにくい。
【００３４】
本発明の所定間隔でワイヤが離隔した三角形配置構造は浮遊体１００の回転を拘束することができる。よって、浮遊体１００の回転を拘束する力は複数のワイヤの少なくともいずれか一つの張力として伝達され、個々のワイヤの張力は動力伝達部１２０で全てエネルギーとして吸収されるので、効率が増大することができる。
【００３５】
ワイヤの離隔配置構造は、浮遊体１００の動作時に浮遊体１００の離脱を防止するガイドケーブルの機能又は浮遊体１００を所定の位置に係留させる係留機能も兼ねる。このように、複数本のワイヤが互いに拘束されるように離隔して配置することが重要である。本発明は、エネルギー吸収効率を高めるために、浮遊体１００の自由な方向転換を拘束するようにワイヤが離隔して配置される。
【００３６】
また、エネルギーが吸収される浮遊体１００の自由度が制限されないように、浮遊体１００の幅、横長及び縦長ができるだけ類似するように設計する。例えば、球形、半球形、円板形、円柱形などのように浮遊体１００の横長及び縦長と高さの比がほぼ類似するようにして、浮遊体１００の運動方向が特定の自由度に限られないようにすることができる。浮遊体１００が特定の自由度でのみ動かず、多くの自由度で均等に動くことが好ましい。このために、少なくとも浮遊体１００の幅、横長及び縦長のいずれか一つは他の一つに対して整数倍となるほどの差を有しないことが好ましい。
【００３７】
一実施例として、第１固定点１０１から第１方向転換部１１０に向かう第１延長ベクトル、第２固定点１０２から第２方向転換部１１０に向かう第２延長ベクトル、及び第３固定点１０３から第３方向転換部１１０に向かう第３延長ベクトルは浮遊体１００から浮遊体１００の外側に向かう三つのラジアル（ｒａｄｉａｌ）方向のベクトルとなる。
【００３８】
本発明のワイヤによる機械式波力発電装置は動力伝達効率が高いため少数の浮遊体１００の設置でもよいので小規模波力発電に有利である。また、まだ広く普及されることができなかった波力発電の初期市場進入に有利である。その結果、他の新材生エネルギーに比べて低コストであり、高効率のエネルギーハーベスティングを具現することができる。
【００３９】
一実施例として、浮遊体１００を一つ又は複数設置しても多くの電力を得ることができるので、ワイヤ伝達方式は小規模海岸（ｏｎ−ｓｈｏｒｅ）波力発電に最適であり、装置の設置面積を最小化することができるので、環境への配慮を高めることができる。
【００４０】
浮遊体１００の運動時、一部のワイヤは張力を受け、一部のワイヤは張力が解除されることができる。不特定方向の６自由度並進運動又は回転運動によって１本又は複数本のワイヤが張力を受けることができる。本発明は、全てのワイヤが動力伝達部１２０に連結されるので、浮遊体１００の全ての運動エネルギーが漏れなく動力伝達部１２０に吸収されることができる。
【００４１】
海上で吸収した波力エネルギーを陸地まで伝達するために、ワイヤが使われる。入力される波力は浮遊体１００の体積又は個数に比例する。場合によって、浮遊体１００の重さは多くは数トン〜数十トンに至る。
【００４２】
そして、ワイヤは荷重を受けても変形量が少ない場合にワイヤの弾性変形によって消耗される入力エネルギーの損失を減らすことができる。
【００４３】
また、特定の基準点（例えば、方向転換部１１０）に対してワイヤは繰り返し移動する。このとき、ワイヤの質量が小さい場合にだけ慣性力として波力が消耗されない。仮に、ワイヤの弾性係数が大きければ、浮遊体１００に入力される波力はワイヤの弾性変形によって消耗されることができる。仮に、ワイヤの質量が大きければ、浮遊体１００に入力される波力はワイヤの加減速移動に消耗されることができる。ワイヤの弾性抵抗及び慣性抵抗が大きくなるほど発電部１３０に伝達される波力が減ることができる。
【００４４】
発電効率を高めるために、ワイヤは低変形素材又は軽量素材からならなければならない。損失なしに動力を伝達するために、ワイヤは引張変形がないことが好ましい。方向転換部１１０でワイヤのベンディングによって動力が消耗されないようにするために、ワイヤは弾性係数が小さいことが好ましい。ワイヤの運動負荷を減らすために、ワイヤは軽量素材からなることが好ましい。方向転換部１１０で消耗される摩擦力を減らすために、ワイヤは摩擦係数が小さいことが好ましい。
【００４５】
したがって、ワイヤは軽量及び低変形素材が好ましく、非金属素材のワイヤが適切である。合成纎維をワイヤ素材として使うことによって軽量及び低変形の条件をもっと容易に満たすことができる。
【００４６】
ワイヤの一端部は浮遊体１００に連結され、浮遊体１００の他端部は動力伝達部１２０に連結されることができる。ワイヤの張力は動力伝達部１２０を介して発電部１３０に入力されることができる。一つの浮遊体１００ごとにワイヤは互いに異なる方向に複数連結されることができる。
【００４７】
ワイヤの引張強度が大きいほど小さい体積及び軽量のワイヤで大きな張力を支えることができる。ワイヤの引張強度は１００ＭＰａ以上であることが好ましい。
【００４８】
一実施例として、ワイヤの直径ＤＷが数センチメートル（例えば、約２ｃｍ）、ワイヤの断面積が数〜数十平方センチメートル（例えば、３．１４平方センチメートル）となることができる。
【００４９】
ワイヤの引張強度が１００ＭＰａ（これは約１，０００ｋｇｆ／ｃｍ２に相当）であれば、直径が数センチメートルのワイヤを例として挙げれば、断面積が３．１４平方センチメートルであるので、約３ｔの張力を支えることができる。浮遊体１００の重さ又は浮遊体１００に作用する波力の大きさが数〜数十ｔとなることができる。また、浮力又は配水量の観点で見ると、水に浸かった浮遊体１００が押し出す配水量は少なくとも３ｔとなることができる。よって、浮遊体の適正重さ、波力の最大大きさ、直径数メートルに達する浮遊体の配水量を考慮すると、ワイヤの引張強度は最小値で１００ＭＰａとならなければならない。
【００５０】
仮に、ワイヤの引張強度が１００ＭＰａ未満の場合、次の問題点が発生することがある。ワイヤの破断強度を確保するためにワイヤの直径があまりにも大きくなることがあり、ワイヤの直径があまりにも大きければ、潮流又は波など、ワイヤに作用する外力を無視することができない問題があり得る。また、ワイヤの質量があまりにも大きくなることがあり、ワイヤの質量があまりにも大きければ、波力の損失を引き起こすことができる。波力がワイヤの慣性運動力として消耗されるからである。また、ワイヤの直径があまりにも大きければ、ワイヤを移動可能に支持する方向転換部材があまりにも大きくなる問題点が発生することがある。方向転換部材が大きくなるほど、波力の消耗が大きくなる。ワイヤの直径に比べて方向転換部材が小さければ、ワイヤの曲げ変形が大きくなるので、ワイヤの曲率疲労度が増加して使用寿命が低下することがある。
【００５１】
このように、引張強度を材料特性の次元で増大させるために、天然材料よりは合成纎維でワイヤを製作することが好ましい。材料特性の改善だけでなく、ワイヤのねじれ構造を改良して単位面積当たり荷重を増大させることができる。
【００５２】
一実施例として、ワイヤを成す合成纎維はポリエステル纎維、ポリエチレン纎維、ポリプロピレン纎維及びナイロン纎維の少なくとも１種である。
【００５３】
ポリエステル纎維はエステル結合（−ＣＯ−Ｏ−）を分子の主鎖内に有する重合体である。ポリエステルは熱可塑性飽和ポリエステル又は熱硬化性不飽和ポリエステルであってもよい。テレフタル酸とエチレングリコールを混合し、加熱で重合して製造することができる。弾性回復性は２％の伸張時に９７％回復するので非常に優れた方であり、特に少ない伸張後に直ちに回復する性質は本発明の低い伸び率を確保するのに相応しい。
【００５４】
ポリエチレン纎維はエチレンを重合させた鎖状の高分子化合物である。これは低密度ポリエチレンと高密度ポリエチレンを共に含むことができる。ポリエチレン纎維は密度が０．９程度であるから、比重又は引張強度の側面で本発明の基準を満たすことができる。
【００５５】
ポリプロピレン纎維は融点が１６５℃であり、高荷重の下で連続使用が１１０℃で可能であるので、耐熱性及び耐久性の側面で本発明のワイヤとして相応しい。また、０．９程度の密度及び耐化学性などの利点はポリエチレンと同様に本発明の比重及び引張強度の要件を満たすことができる。
【００５６】
図５を参照すると、ワイヤは数本のストランド１７２が撚り合わせられた形態となることができる。それぞれのストランド１７２は分子量２万以上の高分子フィラメント１７０を集めることによって形成されることができる。
【００５７】
一方、浮遊体１００から動力伝達部１２０を介して発電部１３０に伝達されるエネルギーの損失を最小化するためには、張力の作用時にワイヤの長さ変形が小さくなければならない。ワイヤの長さ方向への変形の分だけエネルギーが消耗されるからである。したがって、ワイヤは大きな張力が作用しても長さの伸び率が少ないことが好ましく、ワイヤは伸び率制限値以下の低い伸び率を有することができる。
【００５８】
張力増加によってワイヤが破断されるときの破断伸び率は１５％以下であることが好ましい。ここで、伸び率制限値は破断伸び率の最大値である１５％となることができる。例えば、ポリエステル纎維を集めてストランド１７２を作り、数本のストランド１７２を図５のようにジグザグに撚ると、ワイヤの長さ方向への伸び率を最小化することができる。
【００５９】
１本のポリエステル纎維が破断しても隣接したポリエステル纎維が荷重を代わりに支持することができる。数本のポリエステル纎維が集まったストランド１７２が備えられ、数本のストランド１７２を互いに撚り合わせてワイヤを製作すれば、ポリエステル纎維そのものの破断伸び率に限定されず、ワイヤ全体の破断伸び率を最小化することができる。
【００６０】
波エネルギーは発電部１３０に伝達される前に多くの形態として消耗される。発電部１３０に伝達されずに消耗されるエネルギーを例として挙げれば次のようである。波力エネルギーは動く全ての部品の慣性力として消耗される。例えば、浮遊体１００の質量に加速度を掛けた値である浮遊体１００の慣性力（又は慣性抵抗）として入力エネルギーが消耗されることができる。ワイヤの質量に加速度を掛けた値であるワイヤの慣性力（又は慣性抵抗）として入力エネルギーが消耗されることができる。動力伝達部１２０の内部に取り付けられた回転軸及びギアの質量慣性モーメントに各加速度を掛けた値である動力伝達部１２０の慣性力（又は慣性抵抗）として入力エネルギーが消耗されることができる。
【００６１】
移動するワイヤの質量が小さいほどワイヤの慣性力として消耗されるエネルギー損失が少なくなる。ポリエステル纎維を含めた多様な合成纎維材料で実験した結果、引張強度条件及び伸び率条件を満たす範囲内で、ワイヤの比重は０．５より大きくて２より小さいことが好ましいことが分かった。
【００６２】
仮に、金属部材でワイヤを製作すれば、金属素材の比重は５〜１０となることができ、波力がワイヤの慣性運動力として消耗される割合があまりにも大きくなることがある。また、ワイヤの比重があまりにも大きくなれば、ワイヤが負の浮力を有するので水中に沈む性質を有することになり、これは発電効率の低下、装置設置の困難、維持補修の困難などを引き起こすことができる。一方、ワイヤの比重があまりにも小さければ正の浮力を有することになって水面に浮かぶ性質を有することになり、これは設置又は維持補修作業の際にワイヤのハンドリングを難しくすることがある。したがって、ワイヤは中性浮力に近いことが好ましい。例えば、ワイヤの比重は０．５より大きくて２より小さいことが好ましい。
【００６３】
一方、ワイヤの吸湿性は小さいほど有利である。ワイヤは水中に浸かった部分が大部分であるので、吸湿性が大きければ、陸上にあるときに比べ、水中にあるときワイヤの重さ変化が大きくなることができる。これは目標機能を達成しにくくする要因となることができ、ワイヤの摩耗を加速する問題点を引き起こすことができる。
【００６４】
実験によると、ワイヤを水に浸した後２４時間が経過したときのワイヤの重量増加量はワイヤを水に浸す前の重量の１５％未満であることが好ましい。
【００６５】
その他にも、ワイヤは紫外線に対して物理的又は化学的変化を引き起こさないことが良く、塩分に強いことが良い。陸上の機構作動部では潤滑油などに露出されるので、耐油性を有することが好ましい。
【００６６】
また、夏に摩擦熱によってワイヤが高温に加熱されることがある。加熱されたワイヤは耐久性又は摩耗年限などの物理的特性が落ちることがあるので、ワイヤの融点は少なくとも７０℃以上であることが好ましい。
【００６７】
一方、方向転換部１１０は海底面に固定されることができ、浮遊体１００を所定の位置に係留させる係留（ｍｏｏｒｉｎｇ）手段となることができる。方向転換部１１０はプーリー、滑車、ドラム、ホイールなど、海底面に固定されて回転する部材となることができる。方向転換部１１０はアンカリング手段によって海底に固定されることができる。海底に方向転換部１１０を固定する手段はコンクリート塊、テトラポッド（ｔｅｔｒａｐｏｄ）、錨、蛇籠、パイル（ｐｉｌｅ）、ジャケット（ｊａｃｋｅｔ）の少なくとも一つでなることができる。
【００６８】
方向転換部１１０はワイヤの一端及び他端間の中間部分を移動可能に支持することができる。ワイヤは方向転換部１１０の外周に巻かれ、方向転換部１１０の外周はワイヤに対して滑り接触するとか転がり接触することができる。方向転換部１１０の外周にはグルーブ１１２が形成され、グルーブの内部にワイヤが挿入されることができる。
【００６９】
図２を参照すると、ワイヤ及び方向転換部１１０間の摩擦力も入力エネルギーの損失要因となることができる。摩擦抵抗を減らせば発電効率が増大することができる。摩擦損失を減らすために、方向転換部１１０の直径ＤＳはワイヤの直径ＤＷ又は最大厚さより充分に大きいことが好ましい。
【００７０】
ワイヤをポリエステル纎維で構成する場合、好ましい直径の割合は１０倍程度が適当である。一実施例として、断面円形のワイヤの場合、方向転換部１１０の直径ＤＳはワイヤの直径ＤＷの１０倍以上であることが好ましい。ワイヤの断面形状が平ベルト形状の場合、方向転換部１１０の直径ＤＳはワイヤの最大厚さの１０倍以上であることが好ましい。
【００７１】
一方、方向転換部１１０の外周に陷沒したグルーブ１１２において、グルーブの幅は断面円形のワイヤの直径ＤＷの１．１倍以上であることが好ましい。ワイヤの断面が平ベルト形状の場合、グルーブ１１２の幅ＤＧはワイヤの最大厚さの１．１倍以上であることが好ましい。ワイヤ及びグルーブ１１２間の隙間が小さければ、ワイヤがグルーブ１１２に挟まって摩擦損失が増大することができ、ワイヤ及びグルーブ１１２間の隙間が大きければ、方向転換部の回転時にワイヤがグルーブ１１２から離脱することがあるからである。
【００７２】
図３及び図４を参照すると、動力伝達部１２０、発電部１３０及びイコライザー１５０の詳細構成が示されている。
【００７３】
合成纎維材のワイヤは浮遊体ワイヤＷＢ１、ＷＢ２、ＷＢ３及びイコライザーワイヤＷＥ１を含むことができる。浮遊体ワイヤＷＢ１、ＷＢ２、ＷＢ３及びイコライザーワイヤＷＥ１は互いに分離された別個のワイヤであり、非金属素材でなることが動力損失を減らすことができる。
【００７４】
浮遊体ワイヤＷＢ１、ＷＢ２、ＷＢ３は浮遊体１００及び動力伝達部１２０を連結することができる。
【００７５】
浮遊体ワイヤＷＢ１、ＷＢ２、ＷＢ３の一端は浮遊体１００に連結され、浮遊体ワイヤＷＢ１、ＷＢ２、ＷＢ３の他端は動力伝達部１２０の第１ドラム１２に巻かれることができる。浮遊体ワイヤＷＢ１、ＷＢ２、ＷＢ３の中間部は方向転換部１１０に移動可能に支持されることができる。
【００７６】
イコライザーワイヤＷＥ１はイコライザー１５０及び動力伝達部１２０を連結することができる。
【００７７】
イコライザーワイヤＷＥ１の一端はイコライザー１５０に連結され、イコライザーワイヤＷＥ１の他端は動力伝達部１２０の第２ドラム２２に巻かれることができる。
【００７８】
浮遊体１００に波力が作用して浮遊体ワイヤＷＢ１、ＷＢ２、ＷＢ３の張力が増加すれば、波力の一部は浮遊体ワイヤＷＢ１、ＷＢ２、ＷＢ３を介して発電部１３０に伝達されることができる。ここで、波力の残部はイコライザーワイヤＷＥ１を介してイコライザー１５０の位置エネルギー又は弾性エネルギーとして保存されることができる。
【００７９】
一方、浮遊体１００に作用する波力が解除されれば、イコライザー１５０に保存された位置エネルギー又は弾性エネルギーの一部はイコライザーワイヤＷＥ１を介して発電部１３０に伝達されることができる。ここで、位置エネルギー又は弾性エネルギーの残部は浮遊体ワイヤＷＢ１、ＷＢ２、ＷＢ３を巻き返して元の状態に復元させるのに使われることができる。
【００８０】
ワイヤに復元力を提供するイコライザー１５０は重り又はスプリングでなることができる。
【００８１】
浮遊体１００は海水面又は水中に浮遊して海水の流動によって上下方向及び側方向に線形運動を発生させる線形動力源である。浮遊体１００がどの方向に運動しても線形動力が入力軸１０に伝達されるように、浮遊体１００には複数の浮遊体ワイヤＷＢ１、ＷＢ２、ＷＢ３が所定の間隔で連結される。
【００８２】
方向転換部１１０は浮遊体ワイヤＷＢ１、ＷＢ２、ＷＢ３を特定の位置に移動可能に固定させる固定滑車に相当する。浮遊体１００に連結された複数の浮遊体ワイヤＷＢ１、ＷＢ２、ＷＢ３は数個の浮遊体１００又は数個の浮遊体ワイヤＷＢ１、ＷＢ２、ＷＢ３を入力軸１０に独立的に連結する。数個の浮遊体１００又は数本の浮遊体ワイヤＷＢ１、ＷＢ２、ＷＢ３は入力軸１０に互いに異なる方向に又は互いに異なるベクトル成分として連結されることができる。
【００８３】
入力軸１０は数個の浮遊体１００又は数本の浮遊体ワイヤＷＢ１、ＷＢ２、ＷＢ３から線形動力を受けて回転する。入力軸１０には複数の浮遊体ワイヤＷＢ１、ＷＢ２、ＷＢ３から動力を受けるように、浮遊体ワイヤＷＢ１、ＷＢ２、ＷＢ３の本数に対応する個数の第１動力伝達部材１１が備えられることができる。それぞれの第１動力伝達部材１１には、浮遊体ワイヤＷＢ１、ＷＢ２、ＷＢ３が巻かれるとか解ける第１ドラム１２が取り付けられることができる。第１ドラム１２は浮遊体ワイヤＷＢ１、ＷＢ２、ＷＢ３とともに回転することができる。
【００８４】
第１動力伝達部材１１又は第１ドラム１２は一方向への回転のみ許す一方向回転部材１４を介して入力軸１０に結合される。一方向回転部材１４はワンウェイクラッチ、ラチェット（ｒａｔｃｈｅｔ）ギアなどで構成することができる。
【００８５】
図示の実施例において、一方向回転部材１４は入力軸１０の時計方向への回転を拘束し、入力軸１０の反時計方向への回転は自由に許すことができる。
【００８６】
図３のように、浮遊体ワイヤＷＢ１、ＷＢ２、ＷＢ３が浮遊体１００の張力を受けて第１ドラム１２から解ければ、第１動力伝達部材１１と入力軸１０の拘束は解除され、入力軸１０は第１動力伝達部材１１及び第１ドラム１２によって駆動されるものではなく出力部材３１に拘束されることができる。第１ドラム１２及び第１動力伝達部材１１の回転方向は空回りする入力軸１０の回転方向と反対となる。第１動力伝達部材１１は第２動力伝達部材２１に回転力を伝達する。
【００８７】
エネルギー伝達軸２０は入力軸１０に平行に取り付けられ、第１動力伝達部材１１と連結された第２動力伝達部材２１を介して浮遊体１００の張力を受ける。第２動力伝達部材２１には第２ドラム２２が結合され、第２動力伝達部材２１と第２ドラム２２が一緒に回転する。第２ドラム２２にはイコライザー１５０と連結されるイコライザーワイヤＷＥ１が巻かれるとか解ける。
【００８８】
イコライザーワイヤＷＥ１は浮遊体ワイヤＷＢ１、ＷＢ２、ＷＢ３と同様に機械的な柔軟性は有するが伸びなくて張力を効果的に伝達することができるロープ又は合成纎維ワイヤ、チェーンなどを適用して構成することができる。
【００８９】
イコライザーワイヤＷＥ１も浮遊体ワイヤＷＢ１、ＷＢ２、ＷＢ３と同様にワンウェイクラッチ又はラチェット（ｒａｔｃｈｅｔ）ギアなどを用いた一方向回転部材２４を介してエネルギー伝達軸２０に連結される。イコライザーワイヤＷＥ１に連結された一方向回転部材２４は浮遊体ワイヤＷＢ１、ＷＢ２、ＷＢ３に連結された一方向回転部材１４の負荷回転方向と同一であってもよい。すなわち、イコライザーワイヤＷＥ１に連結された一方向回転部材２４はエネルギー伝達軸２０の時計方向への回転を拘束し、エネルギー伝達軸２０の反時計方向への回転は自由に許すことができる。
【００９０】
図３のように、第２動力伝達部材２１が第１動力伝達部材１１から動力を受けて回転するときにはエネルギー伝達軸２０を拘束することができる。このとき、入力軸１０は自由に回転することができる。
【００９１】
図４のように、第２動力伝達部材２１がイコライザー１５０からエネルギーを受けて反時計方向に回転するとき、エネルギー伝達軸２０は自由に回転し、第１動力伝達部材１１及び入力軸１０が拘束されて一緒に回転することができる。
【００９２】
図３及び図４の第１動力伝達部材１１及び第２動力伝達部材２１はギアで構成されるが、その他にもプーリー及びベルトシステム、又はスプロケット及びチェーンシステム、リンク機構などの公知の多様な動力伝達機構で構成することができる。
【００９３】
図３及び図４の第１動力伝達部材１１及び第２動力伝達部材２１は同じギア比を有するギアで構成されることができるが、第１動力伝達部材１１と第２動力伝達部材２１のギア比を適切に調整すれば、浮遊体ワイヤＷＢ１、ＷＢ２、ＷＢ３が引っ張られる長さよりイコライザーワイヤＷＥ１が引っ張られる長さを小さく調節するとか効率的にエネルギーを伝達することができる。
【００９４】
図３及び図４の浮遊体ワイヤＷＢ１、ＷＢ２、ＷＢ３に連結された一方向回転部材１４及びイコライザーワイヤＷＥ１に連結された一方向回転部材２４は時計方向への回転に拘束されるが反時計方向への回転は自由に許すものとして示されているが、これとは反対に一方向回転部材１４、２４を構成するとか、出力部材３１、３２にワンウェイクラッチを組み込めば、発電部１３０の回転方向が図示のものとは違って時計方向となるようにすることもできる。
【００９５】
一方、図３及び図４には入力軸１０又はエネルギー伝達軸２０にそれぞれ一つの一方向回転部材１４、２４が取り付けられる実施例が示されている。しかし、これは入力軸１０に１本のワイヤのみ連結され、一つの第１動力伝達部材１１のみ取り付けられる場合に適した実施例である。図示されてはいないが、一つの入力軸１０に数本のワイヤが連結されるとか数個の第１動力伝達部材１１が連結される場合、一方向回転部材１４の設置個数も増加しなければならない。これは、それぞれのワイヤの張力が違い、それぞれの第１動力伝達部材１１の回転速度が違うからである。したがって、一つの入力軸１０に一つの第１入力部材１３と二つの第１動力伝達部材１１が連結される場合、一方向回転部材１４は少なくとも２個設置されることが好ましい。例えば、二つの一方向回転部材１４が第１入力部材１３及び一つの第１動力伝達部材１１に取り付けられるとか二つの一方向回転部材１４がそれぞれの第１動力伝達部材１１にそれぞれ取り付けられることができる。
【００９６】
すなわち、入力軸１０に第１入力部材１３及び第１動力伝達部材１１がＮ個取り付けられる場合、一方向回転部材１４は少なくともＮ−１個取り付けられることができる。
【００９７】
このような構成はエネルギー伝達軸２０も同様である。すなわち、エネルギー伝達軸２０に第２入力部材２３及び第２動力伝達部材２１がＭ個取り付けられる場合、一方向回転部材２４は少なくともＭ−１個取り付けられることが好ましい。ここで、前記Ｎ及びＭは任意の正の整数である。
【００９８】
一方、出力軸３０は入力軸１０とエネルギー伝達軸２０の間に平行に取り付けられ、入力軸１０とエネルギー伝達軸２０から交互に動力を受けて回転する。出力軸３０は電力を生成する発電部１３０に直接的に又は間接的に連結されることができる。
【００９９】
入力軸１０とエネルギー伝達軸２０から出力軸３０に動力を伝達するために、入力軸１０には第１入力部材１３が入力軸１０を一方向に拘束しながら一緒に回転する。エネルギー伝達軸２０には第２入力部材２３がエネルギー伝達軸２０を一方向に拘束しながら一緒に回転する。出力軸３０には第１入力部材１３及び第２入力部材２３とそれぞれ結合されて回転力を受ける複数（本実施例では２個）の出力部材３１、３２が結合される。
【０１００】
イコライザー１５０は第２ドラム２２に連結されたイコライザーワイヤＷＥ１を介してエネルギー伝達軸２０と連結されてエネルギーを保存し、保存されたエネルギーを供給する作用をする。イコライザー１５０はイコライザーワイヤＷＥ１が第２ドラム２２に巻かれるにつれて弾性エネルギーを蓄積するスプリング又は位置エネルギーを蓄積する重りからなることができる。前記スプリングとしてはコイルスプリング、リーフスプリング、せんまいなどを適用することができる。前記スプリングはイコライザーワイヤＷＥ１が第２ドラム２２に巻かれるにつれて伸びながら弾性力を蓄積することができる。浮遊体ワイヤＷＢ１、ＷＢ２、ＷＢ３の張力が解除されれば、前記スプリングが収縮しながらイコライザーワイヤＷＥ１を図４のように引っ張って第２ドラム２２を回転させることによってエネルギーを発電部１３０に伝達する。
【０１０１】
一方、図３に示すように、イコライザーワイヤＷＥ１が第２ドラム２２に巻かれるにつれてイコライザー１５０が上側に移動しながら位置エネルギーを蓄積する重りでイコライザー１５０を構成することもできる。
【０１０２】
図４の重りに相当するイコライザー１５０は、浮遊体１００からの動力伝達が減少すれば、落下しながら第２ドラム２２を回転させて入力軸１０を回転させ、出力軸３０を回転させることができる。
【０１０３】
図示の実施例では入力軸１０、エネルギー伝達軸２０及び出力軸３０がそれぞれ１個ずつのみ備えられ、出力軸３０が一つの入力軸１０とエネルギー伝達軸２０から動力を受けるものとして説明したが、これとは違い、入力軸１０とエネルギー伝達軸２０は複数で構成され、出力軸３０は一つで構成されることで、一つの出力軸３０が複数の入力軸１０とエネルギー伝達軸２０から動力を受けて回転しながら波力発電を遂行することもできる。この場合、互いに異なる周期の入力軸１０とエネルギー伝達軸２０から回転動力を受ければ、結果として出力軸３０の回転速度が均一になる利点を得ることができ、これにより発生周期が長い波力によって電力を生産する波力発電システムで出力軸３０と連結された発電機の回転数を均一に維持して安定した電力を生産することができる効果を得ることができる。
【０１０４】
図６は本発明のワイヤの断面形状が円形の場合、方向転換部の断面図である。浮遊体ワイヤＷＢ１、ＷＢ２、ＷＢ３又はイコライザーワイヤＷＥ１、ＷＥ２、ＷＥ３を含めて波力発電装置に使われる全ての種類のワイヤの断面形状が円形の場合、ワイヤの巻線長が長くなるとか、巻線数が多くなるほどワイヤが方向転換部１１０の軸方向において相違なる位置に巻かれることによって巻線厚さを減らすことができる。その結果、方向転換部１１０の幅又はグルーブの幅ＤＧが増加することができる。方向転換部１１０の幅又はグルーブの幅ＤＧが増加すれば、方向転換部１１０がその回転中心に対して曲げ変形される曲げモーメントを受けることができ、方向転換部１１０のサイズが大きくなることができる。図７はこれを改善した実施例である。
【０１０５】
図７は本発明のワイヤが平たい場合、方向転換部１１０の断面図である。ワイヤの断面が平たい場合、ワイヤを方向転換部１１０の軸方向において同一位置に巻線することができる。ここで、巻線長さ又は巻線数が増加しても、これに対応して方向転換部１１０の幅又はグルーブの幅ＤＧを増加させる必要がなくなる。図７の実施例は方向転換部が回転中心に対して曲げ変形される曲げモーメントを少なく受けることができる。
【０１０６】
図６及び図７のワイヤの断面積が同一である場合、ワイヤＷＢ１の断面を平たくすれば、巻線される面の垂直方向厚さＤＷ１を減らすことができる。巻線数が増加するとき、ワイヤは方向転換部１１０の半径方向に積層されるので、方向転換部１１０の軸方向への長さを増やす必要がない利点がある。したがって、方向転換部１１０に作用する曲げモーメントが減少し、方向転換部１１０に装着されたベアリング又は滑剤の耐久性及び寿命が向上することができる。
【０１０７】
例えば、方向転換部１１０の直径ＤＳが断面円形のワイヤの直径ＤＷの３０倍であると仮定する。ワイヤの直径ＤＷが増加するとか巻線数が増加するほど方向転換部の直径ＤＳが増加するおそれがある。断面長方形のワイヤの厚さＤＷ１を断面円形のワイヤの直径ＤＷの１／５とすると、断面円形のワイヤを使うときに比べて方向転換部の直径ＤＳを１／５に減らすことができる。
【０１０８】
また、断面長方形のワイヤを採用し、ワイヤが方向転換部１１０のラジアル方向に積層されるようにすると、方向転換部１１０の幅又はグルーブの幅ＤＧも小さくすることができる利点がある。多重に巻線されたワイヤを収納するために、方向転換部１１０のグルーブの深みＤＦは断面円形のワイヤが採用された場合より深く形成されることが好ましい。
【０１０９】
平たい断面長方形のワイヤを採用する場合にもワイヤの断面積が断面円形の場合と同一であれば同じ引張力を支持することができるので、荷重支持力も同一になることができる。
【０１１０】
したがって、平たい断面長方形のワイヤを採用すれば、荷重支持力又は引張力も同一に維持することができるとともに方向転換部１１０の直径を減らすことができ、方向転換部１１０の幅を減らすことができ、方向転換部１１０に作用する曲げモーメントを減らすことができ、方向転換部１１０のサイズを減らすことができる。
【０１１１】
以上で本発明による実施例を説明したが、これは例示的なものに過ぎなく、当該分野で通常的知識を有する者であればこれから多様な変形及び均等な範囲の実施例が可能であるという点を理解することができるであろう。したがって、本発明の真正な技術的保護範囲は次の特許請求の範囲によって決定されなければならないであろう。
【図１】
2019502057.tif 000004
【図２】
2019502057.tif 000005
【図３】
2019502057.tif 000006
【図４】
2019502057.tif 000007
【図５】
2019502057.tif 000008
【図６】
2019502057.tif 000009
【図７】
2019502057.tif 000010
【国際調査報告】
2019502057.tif 000011
2019502057.tif 000012
2019502057.tif 000013
2019502057.tif 000014